有机酯水玻璃砂硬化剂的开发与研究

李晓琳

摘要：利用化工厂生产副产品（甘油醋酸酯、乙二醇醋酸酯）改良成有机酯硬化剂，应用于铸造企业。

关键词：有机酯；副产品；甘油醋酸酯

多元醇醋酸酯 （甘油醋酸酯、乙二醇醋酸酯） 现已广泛用于自硬化碱性酚醛树脂和改性水玻璃砂的固化剂，其中甘油二醋酸酯、甘油三醋酸酯、乙二醇一醋酸酯和乙二醇二醋酸酯是较为常用固化剂，它们的固化脱模时间一般在5～30 min，其中甘油二醋酸酯固化速度比甘油三醋酸酯快，而乙二醇一醋酸酯固化速度比乙二醇二醋酸酯快，它们基本能满足大部分自硬化碱性酚醛树脂与改性水玻璃砂固化时间要求。如果固化速度需要更快或更慢，也可将它们与固化速度更快或更慢的酯进行复配，以期到达所需固化时间要求。一般固化速度更快的酯主要有碳酸丙烯酯或γ-丁内酯，而更慢的酯主要是多元酸酯。如甘油与醋酸酯化，可生成三种不同醋酸酯，其中固化速度快慢顺序是：甘油二醋酸酯 （脱模时间12～15 min） >甘油三醋酸酯 （脱模时间20～25 min） >甘油一醋酸酯 （脱模时间60～65 min）。对于碱性酚醛树脂，固化速度主要是通过固化剂种类来调节，也可通过调节树脂分子量来调节，但后者调整幅度较小，另外，碱性酚醛树脂分子量太小，则影响树脂砂终强度；而对于改性水玻璃来说，在某一季节里，除了可通过固化剂种类外，更主要的是通过水玻璃模数来调节，一般将水玻璃模数与固化剂种类二者结合起来控制固化速度。目前生产碱性酚醛树脂与改性水玻璃的铸造材料生产厂家生产与之相配套固化剂的还较少。

市场上有机酯产品无色、低气味、外观较好，但价格高，而作为铸造材料用有机酯固化剂的外观与少量醋酸气味不会影响树脂砂或水玻璃砂性能，因此利用化工副产品三醋酸甘油酯自己生产，可降低生产成本，增加利润空间。本研究提出简易生产甘油醋酸酯硬化剂方法，分析醋酸甘油酯酯硬化剂生产过程，及实际铸造验证，为中小型铸造材料厂生产有机酯固化剂及化工厂副产品处理及资源再利用提供参考。

1.基本情况

某机械厂铸钢车间生产中，铸件重0.5t～2t，普通碳素钢。由于铸件结构复杂，品种多，要求根据实际情况调配快速硬化剂、中速硬化剂、慢速硬化剂，且大多数铸型要在12h以内浇注。

2.工艺试验

2.1控制型砂的强度

根据造型操作、翻箱起模和浇注的实际要求，型砂的抗拉强度控制在以下范围：0.5h时≥0.1MPa；2h时≥0.30MPa；6h时≥0.50MPa。0.5h强度控制可使用时间和起模时间，其值低于0.03MPa，将延长型砂的可使用时间，脱模时间也随之延长，降低生产效率，超过0.30MPa，可使用时间缩短，稍大的铸型在放砂过程中会出现接茬现象；4h的强度，主要是确保合箱和浇注的需要，低于0.1MPa，容易产生蹋箱，大的型芯可能出现蠕变，浇注时还可能出现冲砂、涨箱等缺陷，超过0.6MP，将使回收砂的残留强度提高，旧砂破碎再生变得困难；检测24h的强度，是为了了解包括水玻璃、有机酯和旧砂在内的整个型砂系统运行变化的情况。例如，检测某种水玻璃在现场条件下所能达到的最高强度等。

2.2 选择合适的水玻璃和固化剂：

当前，水玻璃和固化剂的供应比较保守，只能用一家的产品搭配，不同厂家提供的水玻璃和固化剂没有互换性。即使这样，用户也要结合双方的特点精心选用。

生产中经常碰到的问题是固化剂的搭配不易掌握，不是型砂迟迟不能硬化，取模时间过长，操作无法连续进行，就是硬化过快，可使用时间过短，填砂过程还末完成，砂子就失去流动性，再就是强度达不到技术要求。有时，填砂过程也能完成，也能硬化，但就是砂子发脆，强度不高。针对不同模数水玻璃搭配不同有机酯固化剂是非常重要的。另外，特别是有机酯固化剂对季节十分敏感。因此在市场供给情况没有得到改善之前，最好是先在实验室调试，搭配好后再投入生产使用。我们采用厂方提供水玻璃与特定有机酯固化剂固化剂，用于单一砂造型制芯，生产一直比较稳定。

2.3试验验证

有机酯固化剂配比（环境温度20℃至30℃）

三醋酸甘油酯 M物质 二醋酸甘油酯

慢速 95%～100% 5%～0

中速 60% 10% 30%

快速 10% 30% 60%

注：M物质的加入有利于醋酸甘油酯的水解

在水玻璃加入量为3%～4%，固化剂加入量为水玻璃的10%时，用20t/h混砂机混制的型砂，其抗拉强度，0.5h为0.10～0.24MPa，1h为0.31～0.57MPa，6h为0.50～0.65MPa

2.4选择合适的原砂

为保证再生砂的质量，首先要选择好合适的原砂，尽可能选择粒形较园整的天然石英砂。与多角形砂和人造石英砂相比较，天然石英砂除了具有较高的比强度外，还具有不易被破碎的特点。福建东山砂比较理想。原砂的粒度应根据铸件的大小和壁厚选用，粒度较细、筛号较分散的砂子，有利于砂型强度的提高和铸件表面粗糙度的降低，我们用的是40/70，偏重于50目。

表1为不同原砂的性能比较：试验时室温：24.5℃，相对湿度：84%，水玻璃加入量2.5%，固化剂加入量15%（占水玻璃质量分数）。

3.结论

通过选择合适的水玻璃和有机酯（某化工厂副产品）做硬化剂，使用粒形较好的天然石英砂，制定合理的工艺规程，可以将水玻璃加入量控制在4%以下， 其抗拉强度，0.5h为0.10～0.24MPa，1h为0.31～0.57MPa，6h为0.50～0.65MPa。